2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律 课件 -2025-2026学年高一上学期物理同步备课系列（人教版2019必修第一册）

第1节 实验：探究小车速度随时间变化的规律 人教版（2019） 物理（必修第一册） 第二章 匀变速直线运动的研究 制作：张二朝 ——身正心定 闳中博学—— 学习目标 1.能熟练使用打点计时器； 2.能从纸带上获取数据计算各点的瞬时速度（近似法）； 3.建立v-t 图，会“拟合”图线，并根据图像描述速度随时间的变化规律。 课堂引入 物理定律不能单靠“思维”来获得，还应致力于观察和实验。 ——普朗克 课堂引入 动车和火箭在运动中都有速度的变化，且变化规律可能也不相同，我们应怎样探究速度随时间变化的规律呢？ 课堂引入 　 寻求一种运动的特点和规律，一般要从某个具体事例开始。这一节我们研究小车在重物牵引下的运动，看看小车的速度是怎样随时间变化的。 那么，要研究小车的速度随时间变化的规律，我们该如何设计这个实验？又要测量哪些物理量？选用什么器材？ 课堂引入 我们上一章第三节已经学习了如何测量纸带的平均速度和瞬时速度，你是否可以简要的说明一下以下问题： (1)打点计时器在使用的时候应该注意哪些问题？ (2)如何选择纸带上的点？ (3)如何测量纸带上计数点的瞬时速度？ (4)如何做出v-t 图像，v-t 图像都告诉了我们哪些信息？ 一、实验思路 给你以下实验器材： 你认为如何设计一个实验方案来研究小车在重物牵引下速度随时间的变化规律？ 一、实验思路 要探究一个物体的运动随时间变化的规律，必须知道物体在不同时刻的速度，直接测量瞬时速度是比较困难的，我们可以借助打点计时器先记录物体在不同时刻的位置，再通过对纸带的分析，计算得到相应时刻的瞬时速度。 用v－t 图像表示小车的运动情况：以速度v为纵轴、时间t 为横轴建立直角坐标系，用描点法画出小车的v－t 图像，进而探究速度与时间的关系。 一、实验思路 刻度尺 槽码 小车 细绳 纸带 打点计时器 一端附有定滑轮的长木板 坐标纸 二、进行实验 1.如图所示，把附有滑轮的长木板放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。 2.把一条细绳拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边挂上合适的槽码，放手后，看小车能否在木板上平稳地加速滑行，然后把纸带穿过打点计时器，并把纸带的另一端固定在小车后面。 二、进行实验 3.把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后释放小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列小点。 4.换上新纸带，重复实验两次。 5.增减所挂槽码，按以上步骤再做两次实验。 注意事项 1.纸带穿过限位孔后，即要与木板平面平行，也要与小车、定滑轮、槽码拉线在一条直线上，且沿木板纵轴中心线方向。 2.要选择各车轮受力均衡的小车，确保小车运动过程是沿木板纵轴方向的直线。 3.加速度不能太小，避免相对误差较大。 4.计数点的间隔不能太大，也不能过小。 二、进行实验 三、数据记录 1.数据记录 选取纸带、确定计数点并进行测量 (1)在三条纸带中选择一条最清晰的纸带. (2)为了便于测量，一般舍掉纸带开头一些过于密集的点，找一个适当的点作为计时起点0. (3)每5个点(相隔0.1 s)取1个计数点进行测量. (如下图，相邻两点中间有4个点未画出). 0.10s 0.10s 舍掉过于密集/不清晰的点 三、数据记录 (4)根据前面所选的计数点直接测量各计数点到0点的距离：x1、x2、x3、x4、x5…，再计算出相邻的两个计数点间的距离：Δx1＝x1，Δx2＝x2－x1，Δx3＝x3－x2，Δx4＝x4－x3，Δx5＝x5－x4，…，填入自己设计的表中. 减小测量误差 x1 x2 x3 x4 x5 Δx1 Δx2 Δx3 Δx4 Δx5 三、数据记录 2.数据处理 求解并记录各计数点的瞬时速度 (1)取该计数点相邻两计数点，算出此段的平均速度，该点的瞬时速度近似等于此段的平均速度( 注意估读、单位以及有效数字). T为相邻两个计数点间的时间间隔，若交变电源频率为50 Hz，每5个点取一个计数点(中间隔4个点)，则T＝0.1 s. 三、数据记录 如下图所示，求纸带经过计数点2时的瞬时速度？ 用计算较准确的平均速度来代替某点的瞬时速度 参考答案： 1 2 3 三、数据记录 (2)把各计数点的瞬时速度填入表中标有“vⅠ”的一行。同理，计算增减槽码后两次实验的速度分别填入表中标有“vⅡ”和“vⅢ”的两行内。 位置编号 0 1 2 3 4 5 6 … 时间t/s 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6   vⅠ/(m·s－1)                 vⅡ/(m·s－1)                 vⅢ/(m·s－1)                 四、数据分析 如何处理计算出来的数据？ t/s 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 v/（m · s-1） 0.26 0.43 0.60 0.77 0.94 １．列表法 (1)在坐标纸上建立直角坐标系，横轴表示时间，纵轴表示速度，并根据表格中的数据在坐标系中描点. (2)画一条直线，让这条直线通过尽可能多的点，不在直线上的点均匀分布在直线的两侧，偏差比较大的点忽略不计，如图所示. (3)观察所得到的直线，分析物体的速度随时间的变化规律. × × × × × Δt = 0.40 s Δv = 0.675 m/s ２．图像法 怎样求小车的加速度？ 四、数据分析 方法1:取任意两组数据求出Δv和Δt，然后代入Δv／Δt 求解。 方法2:在v—t图象上取一段时间Δt（尽量取大一些），找出两个时刻对应的纵坐标值求出Δv，代入Δv／Δt 求解。 画图时让不在直线上的点尽可能均匀地分布在直线两侧，就是为了使偏大或偏小的误差尽可能地抵消，所以图象也是减小误差的一种手段。 哪一种方法更好？ 方法2好些 四、数据分析 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 t/s o 0.10 0.20 0.30 0.40 v/(m/s) × × × × × 如何求加速度 ？ △t=0.4s △v=？ 0.2m/s 与纵轴的交点是什么意思？ 四、数据分析 课堂引入 视频演示：用计算机绘制v-t 图像 注意事项 (1)要使纸带、小车、拉线和定滑轮共线，安装打点计时器时应注意什么？ 使打点计时器的限位孔沿长木板的纵轴中心线方向。 (2)为了保证小车的运动距离，开始释放小车的时候，应将小车放在什么位置？ 小车应该靠近打点计时器。 (3)为了使打点计时器工作更稳定并提高纸带的利用率，应如何操作？ 先接通电源，后释放小车。打点完毕，马上关闭电源。 (4)为什么要增减所挂槽码（或在小车上放置重物）重复操作两次？ 探究规律，减小实验偶然性 课堂引入 数据处理的注意事项 (1)选取一条点迹清晰的纸带，舍掉开头点迹密集部分，选取适当的计数点(注意计数点与计时点的区别)，弄清楚所选的时间间隔T等于多少. (2)不要分段测量各段距离，应尽可能地一次测量完毕(可统一测量出各计数点到计时起点的距离). (3)在坐标纸上作v－t图像时，注意坐标轴单位长度的选取，应使图像大致布满坐标纸. 课堂小练 1.小明同学按如图所示装置做“探究小车速度随时间变化的规律”的实验。释放小车时，实验装置如图甲所示，指出该装置中操作错误的是( )。 A．电磁打点计时器接在直流电源上了 B．小车质量没有远大于槽码质量 C．小车离打点计时器过远 D．应先接通电源，后释放小车 AC 课堂小练 2．在“测定匀变速直线运动加速度”的实验中，得到的记录纸带如右图所示，图中A、B、C 点为计数点，相邻两个计数点的时间间隔为0.10s。每两相邻的计数点之间有几个点未画出(　　) A．3 B．4 C．5 D．6 B 课堂小练 3．如图所示，上图是电磁打点计时器的示意图，下图是该打点计时器在某次实验中打出的纸带，则以下说法中正确的是（　　） A．该打点计时器应接在直流电源上 B．纸带上两点间的时间间隔为 C．当打点计时器正常工作时，纸带上点迹越密的地方表示纸带的运动速度越大 D．若纸带上打出D、F两点的时间间隔为，两点间距为，则可以用大致表示打下E点时纸带的瞬时速度 D 课堂小结 探究小车速度随时间变化的规律 测量 实验思路 绘制 实验步骤 数据记录与分析 规范数据记录，正确处理数据，图像分析结果。 利用打点计时器和纸带计算瞬时速度 通过绘制v-t图像，研究小车的运动 THANKS 谢谢 ——身正心定 闳中博学—— 人教版（2019） 物理（必修第一册） Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 v1＝，v2＝，… Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$